DE69204147T2 - Full catalysts made of chromium and nickel oxides and their use for the fluorination of halogenated hydrocarbons. - Google Patents
Full catalysts made of chromium and nickel oxides and their use for the fluorination of halogenated hydrocarbons.Info
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft die Fluorierung von halogenierten Kohlenwasserstoffen durch Katalyse in gasförmiger Phase, insbesondere betrifft sie neuartige Katalysatoren in Masse auf Basis von Chrom und Nickel und deren Anwendung zur Synthese von Hydrohalogenalkanen.The present invention relates to the fluorination of halogenated hydrocarbons by catalysis in the gaseous phase, in particular it relates to novel bulk catalysts based on chromium and nickel and their application to the synthesis of hydrohaloalkanes.
Die im Augenblick intensiv durchgeführten Forschungen nach Ersatzstoffen für Fluorkohlenwasserstoffe (FCKW) gehen u.a. in die Richtung der Synthese von Hydrohalogenalkanen. Bestimmte Schritte dieser Synthese können durch heterogene katalytische Fluorierung in Gasphase mit Fluorwasserstoff durchgeführt werden.The intensive research currently being carried out into substitutes for fluorocarbons (CFCs) is, among other things, moving in the direction of the synthesis of hydrohaloalkanes. Certain steps of this synthesis can be carried out by heterogeneous catalytic fluorination in the gas phase with hydrogen fluoride.
Zahlreiche Metallverbindungen (z.B. Chrom, Kobalt, Nickel, Eisen, Kupfer, Mangan etc.) haben für diese Fluorierungsreaktionen einen katalytischen Effekt. Die in der Literatur vorbeschlagenen Katalysatoren sind entweder Katalysatoren in Masse oder auf einem Trägermaterial aufgebrachte Katalysatoren, wobei das Tragermaterial hauptsächlich aus Kunststoff oder Aluminiumoxid (nach der Fluorierung teilweise zu AlF&sub3; umgewandelt) besteht.Numerous metal compounds (e.g. chromium, cobalt, nickel, iron, copper, manganese, etc.) have a catalytic effect on these fluorination reactions. The catalysts proposed in the literature are either bulk catalysts or catalysts applied to a carrier material, whereby the carrier material consists mainly of plastic or aluminum oxide (partially converted to AlF₃ after fluorination).
In dieser zweiten Gruppe findet man eine Vielzahi von Metallverbindungen, und es gibt viele Patente, die die Fluorierung auf Basis dieses Katalysatorentyps beschreiben. So kann man die US-A-2 744 147 und US-A-2 744 148 nennen, die die Fluorierung eines Haloalkans über einem Katalysator auf Basis eines Metalls (Chrom, Kobalt, Nickel für die US-A-2 744 147 und Chrom, Kobalt, Nickel, Kupfer, Palladium für die US-A-2 744 148) beschreiben, der auf Aluminiumoxid aufgebracht ist.In this second group, there are a large number of metal compounds and there are many patents describing fluorination based on this type of catalyst. For example, US-A-2 744 147 and US-A-2 744 148 describe the fluorination of a haloalkane over a metal-based catalyst (chromium, cobalt, nickel for US-A-2 744 147 and chromium, cobalt, nickel, copper, palladium for US-A-2 744 148) deposited on alumina.
Neuerdings gibt es die EP-A-366 797, die ein Fluorierungsverfahren beschreibt, bei demein Katalysator verwendet wird, der aus mindestens einem Metallfluorid (Nickel, Kobalt, Eisen, Mangan, Chrom, Kupfer und Silber) besteht, das auf Muminiumoxid mit einer beträchtlichen Mesoporosität aufgebracht ist.Recently, there is EP-A-366 797, which describes a fluorination process using a catalyst consisting of at least one metal fluoride (nickel, cobalt, iron, manganese, chromium, copper and silver) deposited on mumini oxide with considerable mesoporosity.
Das Trägermaterial verleiht allen diesen Katalysatoren eine gewisse Solldität. Da jedoch die Menge an aktiver Masse geringer ist als bei einem Katalysator in Masse kann die katalytische Aktivität dadurch beeinträchtigt werden. Diese geringen Gehalte an Nicht-Edelmetallen erlauben übrigens nicht in wirtschaftlicher Weise deren Wiedergewinnung in den verbrauchten Katalysatoren.The carrier material gives all of these catalysts a certain degree of solubility. However, since the amount of active mass is lower than in a bulk catalyst, the catalytic activity can be impaired. These low contents of non-precious metals do not allow their economic recovery in the spent catalysts.
Die Fluorierungskatalysatoren in Masse sind im allgemeinen auf Basis von Chrom, und die Ausgangsstoffe zu deren Herstellung sind sehr zahlreich (Salze, Oxide, Halogenide etc.).Bulk fluorination catalysts are generally based on chromium, and the starting materials for their preparation are very numerous (salts, oxides, halides, etc.).
So beanspruchen die USA-4 912 270 und EP-A-313 061 Fluorierungsverfahren mit Katalysatoren auf Basis von Chromoxid, die durch Reduktion von Chromoxid mittels eines Mkohols bzw. durch Pyrolyse von Ammoniumbichromat erhalten wurden.For example, USA-4 912 270 and EP-A-313 061 claim fluorination processes with catalysts based on chromium oxide, which were obtained by reducing chromium oxide using a alcohol or by pyrolysis of ammonium bichromate.
Die FR-PS-2 135 473 beschreibt die Herstellung eines Chrom- und Nickelkatalysators sowie seine Verwendung zur Fluorierung von funktionell perhalogenierten Verbindungen. Dieser Katalysator wird durch thermische Zersetzung von organischen Chrom- und Nickelsalzen erhalten. Der verbleibende Nickelgehalt bleibt gering, da das Ni/Ni+Cr-Atomverhältnis Immer unter 0,1 liegt.FR-PS-2 135 473 describes the preparation of a chromium and nickel catalyst and its use for the fluorination of functionally perhalogenated compounds. This catalyst is obtained by thermal decomposition of organic chromium and nickel salts. The remaining nickel content remains low because the Ni/Ni+Cr atomic ratio is always below 0.1.
Die Veröffentlichungsschriften JP 2-172932/90 und 2-172933/90 beschreiben die Fluorlerung von 1,1-Difluor-1,2,2-trichlorethan (F122) bzw. 1-Chlor-2,2,2-trifluorethan (F 133a) mit Hilfe eines Chromkatalysators, dem ein Dotierungsmetall hinzugegeben wurde, das es erlaubt, die Reaktionstemperatur herabzusetzen, wobei jedoch eine beträchtliche Aktivität beibehalten wird und wobei die Lebensdauer des Katalysators durch Begrenzung der Chromkristallisation verbessert wird. Die Verwendung von Chrom zusammen mit Nickel ist in den Beispielen dieser Veröffentlichung nicht beschrieben.The publications JP 2-172932/90 and 2-172933/90 describe the fluorination of 1,1-difluoro-1,2,2-trichloroethane (F122) and 1-chloro-2,2,2-trifluoroethane (F 133a) respectively using a chromium catalyst to which a doping metal has been added which allows the reaction temperature to be reduced while maintaining considerable activity and the lifetime of the catalyst is improved by limiting chromium crystallization. Use of chromium together with nickel is not described in the examples of this publication.
Die FR-PS-2 501 062 beschreibt die Herstellung von Chromoxid in Masse in Form von Mikrokügelchen mit einem Durchmesser zwischen 0,1 und 3 mm. Dieser Katalysator wird durch Gelbildung eines Chromhydroxisols in einem mit Wasser nicht oder nur teilweise mischbaren Lösemittel erhalten. Das erhaltene Produkt ist sehr haltbar und besonders für Fluorierungsreaktionen in einem Fließbett geeignet.FR-PS-2 501 062 describes the production of chromium oxide in bulk in the form of microspheres with a diameter of between 0.1 and 3 mm. This catalyst is obtained by gelling a chromium hydroxysol in a solvent that is immiscible or only partially miscible with water. The product obtained is very stable and is particularly suitable for fluorination reactions in a fluidized bed.
Der Nachteil dieser Katalysatoren auf Basis von Chromoxid ist deren geringer Widerstand gegenüber hohen Temperaturen (350 - 500ºC) gegenüber einer Kristallisation, die zur Verringerung ihrer Lebensdauer beiträgt.The disadvantage of these chromium oxide-based catalysts is their low resistance to high temperatures (350 - 500ºC) to crystallization, which contributes to reducing their lifespan.
Diese Chromkatalysatoren begünstigen übrigens die Oxidation von Chlorwasserstoff durch den in den Reagenzien gelösten oder bewußt hinzugegebenen Sauerstoff. Durch die Deacon-Reaktion (Chemical Week 1987, 24. Juni, S. 18) bildet sich Wasser und Chlor, die ihrerseits mit jeder organischen Verbindung reagieren, was zur Bildung von nicht verwertbaren Nebenprodukten führt und somit zu einer geringeren Selektivität.These chromium catalysts also promote the oxidation of hydrogen chloride by the oxygen dissolved in the reagents or deliberately added. The Deacon reaction (Chemical Week 1987, June 24, p. 18) produces water and chlorine, which in turn react with any organic compound, leading to the formation of unusable byproducts and thus to lower selectivity.
Es wurde nun herausgefünden, daß die Zugabe einer Nickelverbindung zu einem Chromderivat zur Bildung eines Hydroxidsols aus Chrom und Nickel unter Beibehaltung der Vorteile eines Katalysators in Masse es erlaubt, nicht nur die Lebensdauer des Katalysators durch Verbesserung der Widerstandsfähigkeit gegenüber der Kristallisation der Chromverbindung zu verlängern, sondern auch die Selektivität bei den Fluorierungsreaktionen in gasförmiger Phase dank einer partiellen Inhibition der Oxidation von Salzsäure in Gegenwart von Chrom zu verbessern.It has now been found that the addition of a nickel compound to a chromium derivative to form a hydroxide sol of chromium and nickel, while retaining the advantages of a bulk catalyst, makes it possible not only to extend the life of the catalyst by improving the resistance to crystallization of the chromium compound, but also to improve the selectivity in the fluorination reactions in the gaseous phase thanks to a partial inhibition of the oxidation of hydrochloric acid in the presence of chromium.
Die Erfindung betrifft somit Katalysatoren in Masse auf Basis von Chrom- und Nickeloxiden, die durch ein Verfahren gebildet werden, das im wesentlichen besteht aus:The invention thus relates to bulk catalysts based on chromium and nickel oxides, which are formed by a process which essentially consists of:
a) Bildung eines Hydroxidsols aus Chrom(III) und Nickel(II),a) Formation of a hydroxide sol of chromium(III) and nickel(II),
b) Gelierung dieses Sols, undb) gelation of this sol, and
c) Trocknung und Calcinierung des Produktes bis zu einer Temperatur zwischen 250 und 450ºC.c) Drying and calcining the product to a temperature of between 250 and 450ºC.
Die Erfindung betrifft gleichermaßen die Verwendung dieser Katalysatoren zur Fluorierung gesättigter oder olefinischer halogenierter Kohlenwasserstoffe in gasförmiger Phase mittels HF.The invention also relates to the use of these catalysts for the fluorination of saturated or olefinic halogenated hydrocarbons in the gaseous phase using HF.
In den erfindungsgemäßen Katalysatoren, die in verschiedenen Formen vorliegen können (Kugeln, Extrudaten, Pastillen etc.) kann das Ni/Cr-Atomverhältnis zwischen 0,05 und 5 liegen. Vorzugsweise liegt es zwischen 0,1 und 3,5, insbesondere zwischen 0,15 und 3.In the catalysts according to the invention, which can be in various forms (spheres, extrudates, pellets, etc.), the Ni/Cr atomic ratio can be between 0.05 and 5. Preferably, it is between 0.1 and 3.5, in particular between 0.15 and 3.
In Abhängigkeit der verwendeten Gelbildungstechnik (in Form von Tröpfchen oder in Masse) erhält man eine Vorstufe des Katalysators, die aus einer homogenen Mischung von Chrom- und Nickelhydroxiden gebildet wird, die nach Trocknen entweder in Form von Mikrokügelchen oder als Pulver vorliegen, wobei das Pulver gemäß den herkömmlichen Methoden in Form gebracht wird, beispielsweise durch Extrusion oder durch Substratbildung. Nach der Calcinierung erhält man einen Katalysator in Masse, der aus einer homgenen Mischung von Chrom- und Nickeloxiden gebildet wird.Depending on the gelation technique used (in the form of droplets or in bulk), a catalyst precursor is obtained, which is formed from a homogeneous mixture of chromium and nickel hydroxides, which, after drying, are in the form of either microspheres or powder, the powder being shaped according to conventional methods, for example by extrusion or by substrate formation. After calcination, a bulk catalyst is obtained, formed from a homogeneous mixture of chromium and nickel oxides.
Das Chrom(III)- und Nickel(II)-Hydroxidsol kann in bekannter Weise aus den Chrom- und Nickelvorstufen gebildet werden.The chromium(III) and nickel(II) hydroxide sol can be formed in a known manner from the chromium and nickel precursors.
Als Chromvorstufen kann man die Oxide, Hydroxide, Halogenide, Oxihalogenide, Nitrate, Acetate und Sulfate von Chrom nennen, aber man kann auch jede andere Chromverbindung verwenden, die sich zur Bildung eines Chromhydroxidsols eignet. Die bevorzugten Vorstufen sind die Chromsalze, wie z.B. die Sulfate, Chloride, Acetate und Nitrate; das Chrom(III)-sulfat oder -acetat wird insbesondere bevorzugt.Chromium precursors include oxides, hydroxides, halides, oxyhalides, nitrates, acetates and sulfates of chromium, but any other chromium compound suitable for forming a chromium hydroxide sol can also be used. The preferred precursors are the chromium salts, such as sulfates, chlorides, acetates and nitrates; chromium (III) sulfate or acetate is particularly preferred.
Als Nickelvorstufen kann man die Hydroxide, Oxyhalogenide, Nitrate, Acetate und Sulfate dieses Metalls nennen, man kann aber auch jede andere in Wasser lösliche Nickelverbindung verwenden, die die Bildung eines Sols ermöglicht oder die in das aus dem Chrom gebildete Gel eingebracht werden kann. Die bevorzugten Vorstufen sind die sehr wasserlöslichen Salze, wie z.B. Nitrate, besonders die Nickelchloride oder -sulfate.Nickel precursors include the hydroxides, oxyhalides, nitrates, acetates and sulfates of this metal, but any other nickel compound that is soluble in water and allows the formation of a sol or that can be introduced into the gel formed from chromium can also be used. The preferred precursors are the very water-soluble salts, such as nitrates, especially nickel chlorides or sulfates.
Bei gewissen Chrom- und Nickelborstufen, insbesondere bei den Oxiden, Hydroxiden, Acetaten und Sulfaten, kann das Sol sich bei Umgebungstemperatur bilden. Im Gegensatz dazu erfordert die Bildung des Sols einen Heizschritt auf eine Temperatur zwischen 60 und 100ºC, vorzugsweise zwischen 80 und 95ºC, wenn die Vorstufe ein Chromnitrat oder -halogenid ist. Andererseits ist es vorteilhaft, die Lösung der Vorstufen auf eine Temperatur zwischen 60 und 100ºC, vorzugsweise zwischen 80 und 95ºC, aufzuheizen, selbst wenn die Vorstufen die Bildung eines Sols bei niedriger Temperatur erlauben.For certain chromium and nickel boron stages, in particular the oxides, hydroxides, acetates and sulphates, the sol can form at ambient temperature. On the other hand, the formation of the sol requires a heating step to a temperature between 60 and 100ºC, preferably between 80 and 95ºC, if the precursor is a chromium nitrate or halide. On the other hand, it is advantageous to heat the solution of the precursors to a temperature between 60 and 100ºC, preferably between 80 and 95ºC, even if the precursors allow the formation of a sol at low temperature.
Man kann darüber hinaus die Bildung des Sols vervollständigen, indem man zu der wäßrigen Lösung der Vorstufen ein Komplexierungsmittel für Chrom und/oder Nickel, beispielsweise Ammoniumacetat, -sulfat oder -phosphat, in einer molaren Menge, die bis zu der 5fachen Menge der gesamten Molanzahl der Chrom- und Nickelvorstufen betragen kann, hinzugibt.Furthermore, the formation of the sol can be completed by adding to the aqueous solution of the precursors a complexing agent for chromium and/or nickel, for example ammonium acetate, sulphate or phosphate, in a molar amount which can be up to 5 times the total number of moles of chromium and nickel precursors.
Zu dem Sol können verschiedene Additive hinzugegeben werden, um die physikalisch-chemischen und katalytischen Eigenschaften des erhaltenen Katalysators zu verbessern. Man kann so hinzugeben (in %, bezogen auf das Gewicht des Sols):Various additives can be added to the sol to improve the physicochemical and catalytic properties of the catalyst obtained. The following can be added (in %, based on the weight of the sol):
a) 2 bis 10 % Cr&sub2;O&sub3; oder Cr&sub2;O&sub3; 2H&sub2;O-Pulver, das zuvor bei 300ºC getrocknet wurde zur Verbesserung des mechanischen Zusammenhalts der Mikrokügelchen;a) 2 to 10% Cr₂O₃ or Cr₂O₃ 2H₂O powder previously dried at 300°C to improve the mechanical cohesion of the microspheres;
b) 01, bis 3 % Aluminiumoxidmonohydrat zur Erhöhung der Widerstandsfähigkeit gegenüber der Abnutzung des Katalysators;b) 01 to 3% alumina monohydrate to increase the resistance to wear of the catalyst;
c) 5 bis 25 % Hexamethylentetramin und/oder Harnstoff, deren Gegenwart zur Zersetzung bei den Gelbildungstemperaturen des Gels unter zusätzlicher Freisetzung von Ammoniak führt;(c) 5 to 25% hexamethylenetetramine and/or urea, the presence of which leads to decomposition at gelling temperatures of the gel with additional release of ammonia;
d) 1 bis 10 % kolloidaler Kieselsäure zur Verbesserung der Porösität des Katalysators (Die Kieselsäure wird während der Behandlung mit Fluorwasserstoff in Form von Siliciumtetrafluorid entfernt.);d) 1 to 10% colloidal silica to improve the porosity of the catalyst (the silica is removed during treatment with hydrogen fluoride in the form of silicon tetrafluoride);
e) weitere Additive, wie z.B. Netzmittel (beispielsweise Lauryldiethanolamid, Polyethylenglykolmonostearat) oder Verdickungsmittel (beispielsweise Hydroximethylcellulose, mikrolrristalline Zellulose) zur Verbesserung der Spherizität der Mikrokügelchen.e) other additives, such as wetting agents (e.g. lauryl diethanolamide, polyethylene glycol monostearate) or thickeners (e.g. hydroxymethylcellulose, microcrystalline cellulose) to improve the sphericity of the microspheres.
Die erfindungsgemäß ausgehend von einem Chrom- und Nickelhydroxidsol gebildeten gemischten Katalysatoren von Chrom- und Nickeloxiden können in Form von Mikrokügelchen erhalten werden, indem man das Sol gemäß folgender Weise geliert:The mixed catalysts of chromium and nickel oxides formed according to the invention starting from a chromium and nickel hydroxide sol can be obtained in the form of microspheres by gelling the sol in the following manner:
1. Dispersion des Sols in Form von Tröpfchen in einem mit Wasser nicht oder nur teilweise mischbaren organischen Lösemittel und Gelierung bei erhöhter Temperatur;1. Dispersion of the sol in the form of droplets in an organic solvent that is immiscible or only partially miscible with water and gelling at elevated temperature;
2. Aufnahme der gebildeten Mikrokügelchen in dem Gelierungslösemittel oder in einer ammoniakalischen Lösung zur Vervollständigung der Gelierung;2. Incorporation of the formed microspheres in the gelling solvent or in an ammoniacal solution to complete gelation;
3. Waschen der Mikrokügelchen mit verdünntem Ammoniakwasser und mit Wasser zur Entfernung von Verunreinigungen und gegebenenfalls Trocknung.3. Wash the microspheres with diluted ammonia water and with water to remove impurities and dry if necessary.
Die Bildung und Gelierung der Mikrokügelchen wird in einer Kolonne mit einer Höhe zwischen 1 und 6 m durchgeführt, die um eine Freisetzungszone verlängert ist und die von unten nach oben durch ein heißes Lösemittel durchlaufen wird.The formation and gelation of the microspheres is carried out in a column with a height between 1 and 6 m, extended by a release zone, through which a hot solvent passes from bottom to top.
Das Chrom- und Nickelhydroxidsol wird am Kopf der Kolonne mittels eines Rohres mit geringem Durchmesser eingebracht, wobei dieses Rohr konzentrisch im Inneren eines weiteren Rohres mit größerem Durchmesser angeordnet ist, durch das im Gleichstrom das auf eine Temperatur von höchstens 30ºC gekühlte Lösemittel (vorzugsweise 25ºC) zur Vermeidung der Gelbildung in den Einleitungsrohren eingebracht wird.The chromium and nickel hydroxide sol is introduced at the top of the column by means of a small diameter tube, this tube being arranged concentrically inside another tube of larger diameter through which the solvent cooled to a temperature of not more than 30ºC (preferably 25ºC) is introduced in cocurrent to avoid gel formation in the inlet tubes.
Der Durchmesser des Einleitungsrohrs und der Durchsatz des Sols bestimmen die Dispersionen der Tröpfchen und somit die endgültige Größe der Mikrokügelchen.The diameter of the inlet tube and the flow rate of the sol determine the dispersions of the droplets and thus the final size of the microspheres.
Während des Einleitens ist es angebracht, das Sol auf eine Temperatur zwischen 3 und 8ºC, vorzugsweise zwischen 3 und 5ºC, zu halten, um so Schwankungen in seiner Viskosität zu vermeiden. Diese Schwankungen drücken sich durch eine Entwicklung des Sols und somit der physikochemischen Eigenschaften der Mikrokügelchen aus.During the injection, it is advisable to maintain the sol at a temperature between 3 and 8ºC, preferably between 3 and 5ºC, in order to avoid variations in its viscosity. These variations are expressed by an evolution of the sol and therefore of the physicochemical properties of the microspheres.
Es ist vorteilhaft, das Sol vor seinem Einbringen mit einer ausreichenden Menge an Ammoniak teilweise zu neutralisieren, um eine an die Dispersion der Kügelchen angepaßte Viskosität zu erhalten. Diese Menge hängt von der Natur der verwendeten Chrom- und Nickelvorstufen ab; das NH&sub4;OH/Cr+Ni-Molverhältnis liegt vorzugsweise unter 2, insbesondere unter 1,5.It is advantageous to partially neutralize the sol before its introduction with a sufficient quantity of ammonia in order to obtain a viscosity adapted to the dispersion of the beads. This quantity depends on the nature of the chromium and nickel precursors used; the NH4OH/Cr+Ni molar ratio is preferably less than 2, in particular less than 1.5.
Der aufsteigende Strom des heißen Lösemittels (Temperatur zwischen 25 und 41ºC) wird am unteren Ende der Kolonne mit einer Steiggeschwindigkeit zwischen 0,1 und 5 m/s hinzugegeben. Diese Geschwindigkeit bestimmt die Verweilzeit der Mikrokügelchen und somit deren Gelierungsgrad.The rising stream of hot solvent (temperature between 25 and 41ºC) is added at the bottom of the column at a rate of rise between 0.1 and 5 m/s. This Speed determines the residence time of the microspheres and thus their degree of gelation.
In dem oberen Teil der Kolonne kann eine zweite Zuführung für das auf eine Temperatur von höchstens 30ºC gekühlte Lösemittel vorhanden sein. Hierdurch wird die Beibehaltung eines Temperaturgradientens in der Kolonne erleichtert und die Kontrolle der Gelierungsgeschwindigkeit ermöglicht.In the upper part of the column there may be a second feed for the solvent cooled to a temperature of not more than 30ºC. This facilitates the maintenance of a temperature gradient in the column and enables the control of the gelation rate.
Das mit Wasser nicht oder nur teilweise mischbare organische Lösemittel kann ausgewählt sein aus den Alkoholen, wie z.B. Butanol, Hexanol, 2-Ethylpentanol, 2-Ethylhexanol, wobei der letzte Alkohol bevorzugt ist.The organic solvent that is not or only partially miscible with water can be selected from alcohols such as butanol, hexanol, 2-ethylpentanol, 2-ethylhexanol, with the last alcohol being preferred.
Am unteren Ausgang der Kolonne werden die Mikrokügelchen in eine Auffangvorrichtung gegeben, die das organische Gelierungslösemittel oder vorzugsweise die ammoniakalische Lösung enthält, deren Konzentration zwischen 0,1 und 14 N liegt und deren Temperatur zwischen 15 und 70ºC, vorzugsweise zwischen 25 und 50ºC, beibehalten wird.At the bottom outlet of the column, the microspheres are placed in a receiver containing the organic gelling solvent or, preferably, the ammoniacal solution, the concentration of which is between 0.1 and 14 N and the temperature of which is maintained between 15 and 70 °C, preferably between 25 and 50 °C.
Die Gegenwart von Ammoniak in der Aufnahmevorrichtung erhöht die Gelierungswirksamkeit der Mikrokügelchen, wodurch ihr mechanischer Zusammerihalt erhöht wird und wodurch ein erster Waschvorgang sichergestellt wird. Eine Erhöhung der Konzentration der ammoniakalischen Lösung erlaubt eine Erhöhung der Festigkeit und der Dichte der Mikrokügelchen.The presence of ammonia in the containment device increases the gelling efficiency of the microspheres, thereby increasing their mechanical cohesion and ensuring a first washing process. Increasing the concentration of the ammoniacal solution allows an increase in the strength and density of the microspheres.
Die Mikrokügelchen werden mehrere Male mit verdünntem Ammoniakwasser (0,1 bis 1 N) gewaschen, danach mit Wasser gewaschen, bevor sie gegebenenfalls an Luft bei einer Temperatur zwischen ungefähr 80 und 200ºC getrocknet werden. Diese Trocknung bei niedriger Temperatur kann jedoch ohne das Risiko einer Veränderung in den Eigenschaften der Mikrokügelchen unterbleiben.The microspheres are washed several times with dilute ammonia water (0.1 to 1 N), then washed with water before being dried, if necessary, in air at a temperature between approximately 80 and 200ºC. This drying at low However, temperature can be omitted without the risk of a change in the properties of the microspheres.
Die Mikrokügelchen werden anschließend unter Intergas (beispielsweise Stickstoff, Argon etc.) oder unter Luft bei einer Temperatur zwischen 250 und 450ºC, vorzugsweise zwischen 300 und 420ºC, calciniert.The microspheres are then calcined under inert gas (e.g. nitrogen, argon, etc.) or under air at a temperature between 250 and 450ºC, preferably between 300 and 420ºC.
Statt gemäß dieser zuvor beschriebenen Methode in Form von Mikrokügelchen geliert zu werden, kann das Chrom- und Nickelhydroxidsol komplett durch Zugabe einer Base, vorzugsweise durch Ammoniak, geliert werden, bis zum Zusammenbacken des Hydroxidsols. Das so erhaltene Produkt wird anschließend mit verdünntem Ammoniakwasser (0,1 bis 1 N) und/oder Wasser gewaschen, bevor es bei einer Temperatur zwischen 80 und 200ºC getrocknet wird. Die Wasch- und Filtrationsvorgänge können durch Zugabe von 5 bis 100 ppm eines Flockungsmittels erleichtert werden, vorzugsweise mittels Polyacrylamid. Der Katalysator wird anschließend wie oben beschrieben calciniert; dieser Calcinierung kann eine Formgebung gemäß den bekannten Techniken (Extrusionen, Vorpressen) vorausgehen oder folgen.Instead of being gelled in the form of microspheres according to the method described above, the chromium and nickel hydroxide sol can be completely gelled by adding a base, preferably ammonia, until the hydroxide sol caking. The product thus obtained is then washed with dilute ammonia water (0.1 to 1 N) and/or water before being dried at a temperature of between 80 and 200°C. The washing and filtration operations can be facilitated by adding 5 to 100 ppm of a flocculant, preferably polyacrylamide. The catalyst is then calcined as described above; this calcination can be preceded or followed by shaping according to known techniques (extrusions, pre-pressing).
Die erfindungsgemäßen Katalysatoren in Masse können zur Fluorierung von gesättigten oder olefinischen halogenierten Kohlenwasserstoffen in gasförrniger Phase mittels HF verwendet werden. Sie eignen sich besonders gut zur Fluorierung von halogenierten Kohlenwasserstoffen, die zu fluorierten C&sub1; bis C&sub3;-Verbindungen mit einem oder mehreren Wasserstoffatomen führen. Als Beispiele für halogenierte Kohlenwasserstoffe als Ausgangsverbindung kann man als nicht begrenzendes Beispiel folgende Verbindungen nennen: CHCl&sub3;, CCl&sub2;=CHCl, CHCl&sub2;-CClF&sub2;, CH&sub2;Cl-CF&sub3;, CH&sub3;-CCl&sub2;-CH&sub3;, CCl&sub3;-CF&sub2;-CH&sub3;, CCl&sub3;-CF&sub2;-CHCl&sub2;, CCl&sub3;-CF&sub2;-CH&sub2;Cl, CHCl&sub2;-CHCl-CH&sub3;, CH&sub2;Cl-CHCl-CH&sub3; sowie auch CCl&sub2;=CCl&sub2;; diese letztere Verbindung enthält kein Wasserstoffatom, aber die Zugabe von HF führt zu hydrohalogenierten Verbindungen.The catalysts according to the invention in bulk can be used for the fluorination of saturated or olefinic halogenated hydrocarbons in the gaseous phase by means of HF. They are particularly suitable for the fluorination of halogenated hydrocarbons which lead to fluorinated C₁ to C₃ compounds with one or more hydrogen atoms. Examples of halogenated hydrocarbons as starting compound include, by way of non-limiting example, the following compounds: CHCl₃, CCl₂=CHCl, CHCl₂-CClF₂, CH₂Cl-CF₃, CH₃-CCl₂-CH₃, CCl₃-CF₂-CH₃, CCl₃-CF₂-CHCl₂, CCl₃-CF₂-CH₂Cl, CHCl₂-CHCl-CH₃, CH₂Cl-CHCl-CH₃ and also CCl₂=CCl₂; this last compound does not contain a hydrogen atom, but the addition of HF leads to hydrohalogenated compounds.
Um mit einer optimalen Aktivität zu arbeiten, ist es nötig, den Katalysator einer Behandlung mit durch Stickstoff verdünnten oder nicht verdünnten Fluorwasserstoff zu unterziehen. Obwohl die Gegenwart von Nickel die Kristallisation des Katalysators verzögert, kann eine solche Aktivierung lokal Temperaturen über 500ºC bewirken. Deswegen ist es zu empfehlen, die Wärmefreisetzung der Aktivierung zu kontrollieren, indem man die Zugabe des Verdünnungsmittels von HF variiert und indem man diese Behandlung bei niedriger Temperatur (150-200ºC) anfängt. Im Gegensatz dazu ist es ratsam, nach der "Energiefreisetzungentwicklung" in dem katalytischen Bett schrittweise die Temperatur zu erhöhen, um ein Maximum von 350 bis 450ºC am Ende der Aktivierung zu erreichen.To work with optimal activity, it is necessary to subject the catalyst to a treatment with hydrogen fluoride diluted or not with nitrogen. Although the presence of nickel delays the crystallization of the catalyst, such activation can locally cause temperatures above 500ºC. It is therefore advisable to control the heat release of the activation by varying the addition of the HF diluent and by starting this treatment at a low temperature (150-200ºC). On the other hand, after the "energy release development" in the catalytic bed, it is advisable to gradually increase the temperature to reach a maximum of 350 to 450ºC at the end of the activation.
Die Reaktionstemperatur der Fluorierung hängt von der untersuchten Reaktion und ganz offensichtlich von den gewünschten Reaktionsprodukten ab. So arbeitet man zur partiellen Substitution von Chloratomen durch Fluor bei Temperaturen zwischen ungefähr 50 und 350ºC; die gesamte Substitution der Chloratome kann Temperaturen zwischen 300 und 500ºC erfordernThe reaction temperature of the fluorination depends on the reaction being studied and, of course, on the desired reaction products. Thus, for the partial substitution of chlorine atoms by fluorine, temperatures between approximately 50 and 350ºC are used; the total substitution of the chlorine atoms may require temperatures between 300 and 500ºC
Die Kontaktzeiten hängen ebenfalls von der untersuchten Reaktion und den gewünschten Produkten ab. Im allgemeinen liegt sie zwischen 3 und 100 Sekunden; jedoch bleiben diese Kontaktzeiten im allgemeinen unterhalb von 30 Sekunden, um einen guten Kompromiß zwischen Umwandlungsgrad und erhöhter Produktivität zu erreichen.The contact times also depend on the reaction studied and the desired products. In general, they are between 3 and 100 seconds; however, these contact times generally remain below 30 seconds in order to achieve a good compromise between the degree of conversion and increased productivity.
Das Molverhältnis zwischen HF und organischer Verbindung ist ebenfalls mit der untersuchten Reaktion gekoppelt: Es hängt u.a. von der Stöchiometerie der Reaktion ab. In der Mehrzahl der Fälle kann sie zwischen 1/1 und 20/1 liegen, aber auch dabei liegt sie oft unter 10, um eine gesteigerte Produktivität zu erreichen.The molar ratio between HF and organic compound is also linked to the reaction being studied: it depends, among other things, on the stoichiometric nature of the reaction. In most cases it can be between 1/1 and 20/1, but even then it is often below 10 in order to achieve increased productivity.
Der Arbeitsdruck liegt vorzugsweise zwischen 1 und 20 bar absolut (0,1 bis 2 MPa).The working pressure is preferably between 1 and 20 bar absolute (0.1 to 2 MPa).
Die erfindungsgemäßen Katalysatoren können im Festbett oder im Fließbett eingesetzt werden. Die Katalysatoren in Form von Mikrokügelchen sind sehr dauerhaft und somit insbesondere gut für Reaktionen in einem Fließbett geeignet.The catalysts according to the invention can be used in a fixed bed or in a fluidized bed. The catalysts in the form of microspheres are very durable and therefore particularly suitable for reactions in a fluidized bed.
Die Katalysatoren, deren Aktivität in Folge einer Verschmutzung abfällt, können durch Spülen des Katalysators mit einer Verbindung regeneriert werden, die die Oxidation und Umwandlung der Produkte (organische Produkte, Koks etc.) ermöglicht, die sich auf dem Katalysator als flüchtige Produkte abgelagert haben. Zu diesem Zweck eignet sich Sauerstoff oder eine Sauerstoff enthaltende Mischung (z.B. Luft) vorzüglich und ermöglicht die Wiederherstellung der anfänglichen Aktivität des Katalysators.Catalysts whose activity has decreased as a result of contamination can be regenerated by flushing the catalyst with a compound that enables the oxidation and transformation of the products (organic products, coke, etc.) that have deposited on the catalyst as volatile products. Oxygen or a mixture containing oxygen (e.g. air) is ideal for this purpose and enables the catalyst to regain its initial activity.
Um eine Regenerierung des Katalysators ohne Kristallbildung sicherzustellen, wird empfohlen, diese Behandlung bei einer Temperatur zwischen 200 und 450ºC, insbesondere zwischen 300 und 380ºC, durchzuführen. Gleichfalls ist es angebracht, die Energiefreisetzung dieser "Verbrennung" zu begrenzen, indem man den Sauerstoffdurchsatz kontrolliert (am Anfang der Regeneration schwacher Sauerstoffdurchsatz, der mit einem Inertgas verdünnt ist), wobei man die Temperatur unter 450ºC hält.To ensure regeneration of the catalyst without crystallization, it is recommended to carry out this treatment at a temperature between 200 and 450ºC, and in particular between 300 and 380ºC. It is also advisable to limit the energy released by this "combustion" by controlling the oxygen flow (at the start of the regeneration, a low oxygen flow diluted with an inert gas), while keeping the temperature below 450ºC.
Um die Katalysatoraktivität beizubehalten; ist es gleichermaßen möglich, die Fluorierungsreaktion in Gegenwart von Sauerstoff durchzuführen, der in einem Molverhältnis von O&sub2; zu der organischen Verbindung von 0,001 bis 0,05, vorzugsweise zwischen 0,005 und 0,03, hinzugegeben werden kann.In order to maintain the catalyst activity, it is equally possible to carry out the fluorination reaction in the presence of oxygen, which can be added in a molar ratio of O₂ to the organic compound of 0.001 to 0.05, preferably between 0.005 and 0.03.
Die folgenden Beispiele dienen der Erläuterung der Erfindung, ohne diese zu begrenzen. Das in den Beispielen 1 bis 12 angegebene Porenvolumen wurde durch Quecksilberporosimetrie bestimmt und entspricht einem Porenradius zwischen 4 nm und 63 um.The following examples serve to illustrate the invention without limiting it. The pore volume given in Examples 1 to 12 was determined by mercury porosimetry and corresponds to a pore radius between 4 nm and 63 µm.
Man verfährt in einer gemäß Figur dargestellten Vorrichtung, die im wesentlichen aus folgenden Teilen besteht:The procedure is carried out in a device as shown in the figure, which essentially consists of the following parts:
- ein Glasreaktor (1) mit einem Volumen von 3 Litern zu Herstellung des Chrom- und Nickelhydroxidsols; dieser ist doppelt ummantelt und ausgestattet mit einer bikonischen Rührvorrichtung (11) mit 3000 U/min; eine Pumpe und ein Wärmeaustauscher (12) erlauben eine Verringerung der Neutralisationswärme und so die Beibehaltung der gewünschten Soltemperatur;- a glass reactor (1) with a volume of 3 litres for producing the chromium and nickel hydroxide sol; this is double-jacketed and equipped with a biconical stirring device (11) at 3000 rpm; a pump and a heat exchanger (12) allow a reduction in the heat of neutralisation and thus the maintenance of the desired sol temperature;
- einer Glaskolonne (2) zur Gelierung des Sols in Form von Mikrokügelchen; diese Kolonne (80 mm Durchmesser und 1,5 m Höhe) wird oben durch eine Freisetzungszone (21) mit 100 mm Durchmesser und 100 mm Höhe verlängert;- a glass column (2) for gelling the sol in the form of microspheres; this column (80 mm diameter and 1.5 m high) is extended at the top by a release zone (21) of 100 mm diameter and 100 mm high;
- einer Einleitungsvorrichtung (3), die aus einem Rohr mit 2 mm Innendurchmesser zur Einleitung des Sols in die Kolonne 2 besteht; dieses Rohr ist konzentrisch im Inneren eines Rohres mit 12 mm Innendurchmesser angeordnet, durch das man 2-Ethylhexanol einbringt;- an introduction device (3) consisting of a tube with an internal diameter of 2 mm for introducing the sol into column 2; this tube is arranged concentrically inside a tube with an internal diameter of 12 mm through which 2-ethylhexanol is introduced;
- einer Auffangwanne (4) zur Aufnahme der in der Kolonne 2 gebildeten Mikrokügelchen; diese Wanne hat ein Volumen von 5 Litern und enthält das homogenisierte Ammoniakwasser und wird durch einen Kreislauf aus einer Pumpe und einem Wärmeaustauscher (41) auf der gewünschten Temperatur beibehalten;- a collecting tank (4) for collecting the microspheres formed in column 2; this tank has a volume of 5 litres and contains the homogenised ammonia water and is maintained at the desired temperature by a circuit consisting of a pump and a heat exchanger (41);
- einem Tank (5) zur Speisung der Eingabevorrichtung 3 und der Kolonne 2 für 2-Ethylhexanol, das als Dehydratisierungslösemittel dient.- a tank (5) for feeding the input device 3 and the column 2 for 2-ethylhexanol, which serves as a dehydration solvent.
Man stellt bei Umgebungstemperatur eine wäßrige Chrom- und Nickellösung her, indem man 550 g basisches Chromsulfat Cr&sub2;(SO&sub4;)&sub2;(OH)&sub2;Na&sub2;SO&sub4; und 238 g Nickelchloridhexahydrat NiCl&sub2; &sub6;H&sub2;O in 367 g Wasser auflöst. Zu dieser wäßrigen Lösung gibt man 70 g kristallines Chrom(III)-oxid.Prepare an aqueous solution of chromium and nickel at ambient temperature by dissolving 550 g of basic chromium sulfate Cr2(SO4)2(OH)2Na2SO4 and 238 g of nickel chloride hexahydrate NiCl2H2O in 367 g of water. Add 70 g of crystalline chromium(III) oxide to this aqueous solution.
Die Mischung wird auf 5ºC abgekühlt und man gibt unter Beibehaltung dieser Temperatur nacheinander hinzu:The mixture is cooled to 5ºC and, while maintaining this temperature, the following are added in succession:
- 151,5 g kalte 11N Ammoniaklösung (5ºC)- 151.5 g cold 11N ammonia solution (5ºC)
- eine kalte wäßrige Lösung (5ºC) aus 204 g Hexamethylentetramin, 10,8 g Harnstoff und 300 ml Wasser- a cold aqueous solution (5ºC) of 204 g hexamethylenetetramine, 10.8 g urea and 300 ml water
- 225 g eines 30 %igen Siliciumdioxidsols in Wasser (CECASOL der Firma CECA).- 225 g of a 30% silicon dioxide sol in water (CECASOL from CECA).
Das Chrom- und Nickelhydroxidsol, hergestellt gemäß Schritt a) wird anschließend in die Kolonne 2 durch die Leitung (13) mit Hilfe einer Pumpe (14) eingebracht. Die Verwendung einer peristaltischen Pumpe erlaubt die Vermeidung von jeglichen Durchsatzschwankungen. Für größere Längen der Zuleitung 13 ist es notwendig, diese zu ummanteln, um Kälteverluste zu vermeiden.The chromium and nickel hydroxide sol prepared according to step a) is then introduced into the column 2 through the line (13) using a pump (14). The use of a peristaltic pump allows any flow rate fluctuations to be avoided. For longer lengths of the feed line 13, it is necessary to sheath it in order to avoid cold losses.
Das Sol bei 5ºC wird in einer Menge von 0,6 l/h durch das Rohr mit 2 mm Innendurchmesser eingeleitet, während man mittels des Rohrs mit 12 mm Innendurchmesser 2-Ethylhexanol bei einer Temperatur von 25ºC durch die Leitung 51 mit einem Durchsatz von 10 l/h einbringt, um die vorzeitige Gelierung des Sols in der Einbringungsvorrichtung 3 zu verhindern; das Ende des letzten Rohres taucht ungefähr 5 mm in das organische Lösemittel ein. Ein Strom von 2-Ethylhexanol bei gleicher Temperatur (25ºC) kann in dem oberen Kolonnenteil durch die Zuleitung 52 gegeben werden, deren Austritt sich unterhalb der Freisetzungszone befindet.The sol at 5ºC is introduced at a rate of 0.6 l/h through the tube with an internal diameter of 2 mm, while 2-ethylhexanol at a temperature of 25ºC is introduced through the line 51 at a rate of 10 l/h through the tube with an internal diameter of 12 mm in order to prevent premature gelling of the sol in the introduction device 3; the end of the last tube is immersed in the organic solvent by approximately 5 mm. A flow of 2-ethylhexanol at the same temperature (25ºC) can be introduced into the upper part of the column through the feed line 52, the outlet of which is located below the release zone.
In den unteren Teil der Kolonne gibt man durch die Zuleitung 53 einen weiteren Zulauf an 2-Ethylhexanol mit einem Durchsatz von 45 l/h, das auf eine Temperatur von 120º erhitzt wurde. Dieser 2-Ethylhexanolstrom durchläuft die Kolonne von unten nach oben mit einem Steigdurchsatz von ungefähr 9 m/h und wird durch ein Überlaufrohr in der oberen Freisetzungszone abgeleitet. Die beiden Ströme aus 2-Ethylhexanol ermöglichen einen Temperaturgradienten in der Kolonne, der zur Beherrschung der Kinetik der Gelierung und der Dehydratisierung des Sols notwendig ist.A further feed of 2-ethylhexanol heated to a temperature of 120º is introduced into the lower part of the column via feed line 53 at a flow rate of 45 l/h. This 2-ethylhexanol stream passes through the column from bottom to top at a rising flow rate of approximately 9 m/h and is discharged through an overflow pipe in the upper release zone. The two 2-ethylhexanol streams allow a temperature gradient to be created in the column, which is necessary to control the kinetics of gelation and dehydration of the sol.
Das aus der Kolonne abgeleitete 2-Ethylhexanol wird durch Leitung 54 in den Tank 5 geleitet. In einer in Figur nicht dargestellten Vorrichtung wird es vorher durch Waschen mit Wasser und Destillation zur Entfernung von gelöstem Ammoniumsulfat, organischen Resten (Harnstoff, Hexamethylentetramin, Formaldehyd) und aus dem Sol extrahierten Wasser gereinigt.The 2-ethylhexanol discharged from the column is fed through line 54 into tank 5. In a device not shown in the figure, it is previously purified by washing with water and distillation to remove dissolved ammonium sulfate, organic residues (urea, hexamethylenetetramine, formaldehyde) and water extracted from the sol.
Am unteren Ende der Kolonne fängt man die Mikrolrügelchen in einer Sammelwanne 4 auf, die homogenisiertes 1 N Ammoniakwasser enthält, das durch den geschlossenen Kreislauf 41 auf 90ºC gehalten wird.At the bottom of the column, the micro-particles are collected in a collecting tank 4 containing homogenized 1 N ammonia water, which is kept at 90ºC by the closed circuit 41.
Die Produktion beträgt ungefähr 100 g/h pro Einleitungsvorrichtung, aber diese kann durch Verwendung mehrere Einleitungsvorrichtungen gesteigert werden.Production is approximately 100 g/h per injector, but this can be increased by using multiple injectors.
Die Mikrokügelchen werden ausgiebig mit verdünnter ammoniakalischer Lösung (0,1 N), dann mit Wasser gewaschen und bei 120ºC getrocknet. Sie werden anschließend bei 420ºC unter Stickstoffatmosphäre 4 Stunden lang calciniert.The microspheres are washed extensively with dilute ammoniacal solution (0.1 N), then with water and dried at 120ºC. They are then calcined at 420ºC under a nitrogen atmosphere for 4 hours.
Der so erhaltene Katalysator A hat folgende Eigenschaften:The catalyst A thus obtained has the following properties:
- Ni/Cr-Atomverhältnis = 0,34- Ni/Cr atomic ratio = 0.34
- Durchmesser der Mikrokügelchen = 0,5 bis 2,5 mm- Diameter of microspheres = 0.5 to 2.5 mm
- Schüttdichte = 1,25 g/cm³- Bulk density = 1.25 g/cm³
spezifische Oberfläche (BET) = 185 m²/gspecific surface area (BET) = 185 m²/g
- Porenvolumen (Quecksilberporosimetrie) = 0,05 cm³/g (4 nm < rPoren < 63 um)- Pore volume (mercury porosimetry) = 0.05 cm³/g (4 nm < rpores < 63 um)
- Druckfestigkeit im Bett (BCS) = 0,21 MPa- Compressive strength in bed (BCS) = 0.21 MPa
Man verfährt wie in Beispiel 1, jedoch verwendet man in der Auffangwanne der Mikrokügelchen eine ammoniakalische Lösung von 11 N anstatt von 1 N.The procedure is as in Example 1, but an ammoniacal solution of 11 N is used in the microsphere collection tray instead of 1 N.
Die Eigenschaften des so erhaltenen Katalysators B sind folgende:The properties of the catalyst B thus obtained are as follows:
- Ni/Cr-Atomverhältnis = 0,27- Ni/Cr atomic ratio = 0.27
- Durchmesser der Mikrokügelchen = 0,5 bis 2,5 mm- Diameter of microspheres = 0.5 to 2.5 mm
- Schüttdichte = 1,4 g/cm³- Bulk density = 1.4 g/cm³
- spezifische Oberfläche (BET) = 102 m²/g- specific surface area (BET) = 102 m²/g
- Porenvolumen = 0,07 cm³/g- Pore volume = 0.07 cm³/g
- Druckfestigkeit im Bett (BCS) = 0,74 MPa- Compressive strength in bed (BCS) = 0.74 MPa
Man verfährt wie in Beispiel 1, aber ohne Zugabe von Siliciumdioxidsol. Man erhält einen Katalysator C mit folgenden Eigenschaften:The procedure is as in Example 1, but without adding silicon dioxide sol. A catalyst C with the following properties is obtained:
- Ni/Cr-Atomverhältnis = 0,25- Ni/Cr atomic ratio = 0.25
- Durchmesser der Mikrokügelchen = 0,5 bis 2,5 mm- Diameter of microspheres = 0.5 to 2.5 mm
- Schüttdichte = 1,5 g/cm³- Bulk density = 1.5 g/cm³
- spezifische Oberfläche (BET) = 25 m²/g.- specific surface area (BET) = 25 m²/g.
- Porenvolumen = 0,09 cm³/g- Pore volume = 0.09 cm³/g
Man verfährt wie in Beispiel 1, indem man den Nickelgehalt verringert, d.h. ausgehend von einer wäßrigen Lösung, indem man 550 g basisches Chromsulfat und 45 g Nickelchloridhexahydrat in 440 g Wasser löst.The procedure is as in Example 1, reducing the nickel content, i.e. starting from an aqueous solution by dissolving 550 g of basic chromium sulfate and 45 g of nickel chloride hexahydrate in 440 g of water.
Der so erhaltene Katalysator D hat folgende Eigenschaften:The catalyst D thus obtained has the following properties:
- Ni/Gr-Atomverhältnis = 0,07- Ni/Gr atomic ratio = 0.07
- Durchmesser der Mikrokügelchen = 0,5 bis 2,5 mm- Diameter of microspheres = 0.5 to 2.5 mm
- Schüttdichte = 1> 38 g/cm³- Bulk density = 1> 38 g/cm³
- spezifische Oberfläche (BET) = 187 m²/g- specific surface area (BET) = 187 m²/g
- Porenvolumen = 0,044 cm³/g- Pore volume = 0.044 cm³/g
Man verfährt wie in Beispiel 1, wobei jedoch die Mikrokügelchen bei 350ºC anstellte von 420ºC calciniert werden. Der so erhaltene Katalysator E hat folgende Eigenschaften:The procedure is as in Example 1, but the microspheres are calcined at 350ºC instead of 420ºC. The catalyst E thus obtained has the following properties:
- Ni/Cr-Atomverhältnis = 0,37- Ni/Cr atomic ratio = 0.37
- Durchmesser der Mikrokügelchen = 0,5 bis 2,5 mm- Diameter of microspheres = 0.5 to 2.5 mm
- Schüttdichte = 1,1 g/cm³- Bulk density = 1.1 g/cm³
- spezifische Oberfläche (BET) = 178 m²/g- specific surface area (BET) = 178 m²/g
- Porenvolumen = 0,09 cm³/g- Pore volume = 0.09 cm³/g
Man verfährt wie in Beispiel 1, aber man verwendet kein Nickel. Die wäßrige Ausgangslösung besteht nur aus basischem Chromsulfat (550 g) und Wasser (475 g).The procedure is as in Example 1, but no nickel is used. The aqueous starting solution consists only of basic chromium sulfate (550 g) and water (475 g).
Die Eigenschaften dieses als Vergleichsbeispiel hergestellten Katalysators F sind folgende:The properties of this catalyst F, prepared as a comparative example, are as follows:
- Durchmesser der Mikrokügelchen = 0,5 bis 2,5 mm- Diameter of microspheres = 0.5 to 2.5 mm
- Schüttdichte = 1,04 g/cm³- Bulk density = 1.04 g/cm³
- spezifische Oberfläche (BET) = 209 m²/g- specific surface area (BET) = 209 m²/g
- Porenvolumen = 0,052 cm³/g- Pore volume = 0.052 cm³/g
- Druckfestigkeit im Bett (BCS) = 0,37 MPa- Compressive strength in bed (BCS) = 0.37 MPa
Wenn man den in der Aufnahmewanne vorhandenen Ammoniak durch 2-Ethylhexanol bei 120ºC ersetzt, indem man die Vorrichtung gemäß der beigefügten Figur 2 modifiziert, erhält man ein Produkt mit folgenden Eigenschaften:By replacing the ammonia present in the receiving tank with 2-ethylhexanol at 120ºC, by modifying the device as shown in the attached Figure 2, a product with the following properties is obtained:
- Schüttdichte = 1,07 g/cm³- Bulk density = 1.07 g/cm³
- spezifische Oberfläche = 203 m²/g- specific surface area = 203 m²/g
- Druckwiderstand im Bett (BCS) = 0,23 MPa- Bed pressure resistance (BCS) = 0.23 MPa
Man verfährt wie in Beispiel 6, jedoch werden die Mikrokügelchen bei 350ºC anstatt bei 420ºC calciniert.The procedure is as in Example 6, but the microspheres are calcined at 350ºC instead of 420ºC.
Der so erhaltene Katalysator hat folgende Eigenschaften:The catalyst thus obtained has the following properties:
- Durchmesser der Mikrokügelchen = 0,5 bis 2,5 mm- Diameter of microspheres = 0.5 to 2.5 mm
- Schüttdichte = 1,3 g/cm³- Bulk density = 1.3 g/cm³
- spezifische Oberfläche (BET) = 181 m²/g- specific surface area (BET) = 181 m²/g
- Porenvolumen = 0,05 cm³/g- Pore volume = 0.05 cm³/g
Man verfährt wie in Beispiel 1, jedoch weder unter Zugabe von Nickel noch von Siliciumdioxidsol. Die wäßrige Ausgangslösung wird nur aus basischem Chromsulfat (550 g) und Wasser (475 g) gebildet.The procedure is as in Example 1, but neither nickel nor silicon dioxide sol is added. The aqueous starting solution is formed only from basic chromium sulfate (550 g) and water (475 g).
Die Eigenschaften des so als Vergleichsbeispiel hergestellten Katalysators H sind folgende:The properties of the catalyst H prepared as a comparative example are as follows:
- Durchmesser der Mikrokügelchen = 0,5 bis 2,5 mm- Diameter of microspheres = 0.5 to 2.5 mm
- Schüttdichte = 1,4 g/cm³- Bulk density = 1.4 g/cm³
- spezifische Oberfläche (BET) = 10 m²/g- specific surface area (BET) = 10 m²/g
- Porenvolumen = 0,28 cm³/g- Pore volume = 0.28 cm³/g
Man stellt eine Lösung von 200 g nicht hydratisiertem Chromnitrat und 118,8 g Nickelchloridhexahydrat in 1000 g Wasser her. Diese Lösung wird auf 80ºC für 2 Stunden erhitzt, und nach Abkühlung auf 20ºC durch Zugabe von 190 ml 14,7 N ammoniakalischer Lösung geliert.A solution of 200 g of non-hydrated chromium nitrate and 118.8 g of nickel chloride hexahydrate in 1000 g of water is prepared. This solution is heated to 80ºC for 2 hours and, after cooling to 20ºC, is gelled by adding 190 ml of 14.7 N ammoniacal solution.
Das Gel wird anschließend zweimal mit 450 ml 0,1 N Ammoniakwasser gewaschen, danach zweimal mit destilliertem Wasser, an jedem Waschvorgang schließt sich eine Filtration an.The gel is then washed twice with 450 ml of 0.1 N ammonia water, then twice with distilled water, each washing process is followed by filtration.
Das erhaltene Pulver wird anschließend für 14 Stunden bei 100ºC unter Vakuum (20 kPa), getrocknet, danach bei 350ºC unter Stickstoffatmospähre für 4 Stunden calciniert.The powder obtained is then dried for 14 hours at 100ºC under vacuum (20 kPa), then calcined at 350ºC under nitrogen atmosphere for 4 hours.
Die Eigenschaften des so erhaltenen Katalysators I sind folgende:The properties of the catalyst I thus obtained are as follows:
- spezifische Oberfläche (BET) = 160 m²/g- specific surface area (BET) = 160 m²/g
- Porenvolumen = 0,74 cm³/g- Pore volume = 0.74 cm³/g
Man verfährt wie in Beispiel 9, aber man erhitzt die Lösung der Chrom- und Nickelsalze auf 40ºC anstatt auf 80ºC.Proceed as in Example 9, but heat the solution of chromium and nickel salts to 40ºC instead of 80ºC.
Der so erhaltene Katalysator J hat folgende Eigenschaften:The catalyst J thus obtained has the following properties:
- spezifische Oberfläche (BET) = 139 m²/g- specific surface area (BET) = 139 m²/g
- Porenvolumen = 0,60 cm³/g- Pore volume = 0.60 cm³/g
Man stellt eine wäßrige Chrom- und Nickellösung her, indem man 274 g Nickelchloridhexahydrat in 200 g Wasser löst und dann 275 g basisches Chromsulfat und 183,5 g Wasser hinzugibt.Prepare an aqueous chromium and nickel solution by dissolving 274 g of nickel chloride hexahydrate in 200 g of water and then adding 275 g of basic chromium sulfate and 183.5 g of water.
Zu dieser Lösung gibt man 112 g CECASOL, dann 390 mi einer 11 N ammoniakalischen Lösung bis zum vollständigen Zusarnmenbacken des Sols hinzu. Das erhaltene Gel wird mit einer verdünnten ammoniakalischen Lösung und Wasser gewaschen, bevor es bei 120ºC 15 Stunden lang getrocknet und bei 250ºC 4 Stunden lang calciniert wird.To this solution, 112 g of CECASOL are added, then 390 ml of a 11 N ammoniacal solution until the sol has completely cured. The gel obtained is washed with a dilute ammoniacal solution and water before being dried at 120ºC for 15 hours and calcined at 250ºC for 4 hours.
Das erhaltene Pulver wird zu einer wäßrigen, 12%igen Polyvinylalkohollösung hinzugegeben, dann 15 Stunden lang bei 85ºC getrocknet. Die Mischung wird anschließend durch Substratbildung in Form gebracht und 4 Stunden lang bei 420ºC calciniert. Der so erhaltene Katalysator K hat folgende Eigenschaften:The powder obtained is added to an aqueous 12% polyvinyl alcohol solution, then dried at 85ºC for 15 hours. The mixture is then shaped by substrate formation and calcined at 420ºC for 4 hours. The catalyst K thus obtained has the following properties:
Cr = 24,7 % in MasseCr = 24.7% by mass
Ni = 20,15 % in MasseNi = 20.15% by mass
Ni/Cr-Atomverhältnis = 0,42Ni/Cr atomic ratio = 0.42
spezifische Oberfläche (BET) = 54,8 m²/gspecific surface area (BET) = 54.8 m²/g
Porenvolumen = 0,162 cm³/gPore volume = 0.162 cm³/g
Man stellt eine Lösung aus Chrom und Nickel her, indem man bei Umgebungstemperatur 80 ml einer 1 M Lösung von Cr(NO&sub3;)&sub3; 9H&sub2;O und 80 ml einer 1 M Lösung von NiCl&sub2; 6H&sub2;O mischt. Diese Mischung wird anschließend mit 50 ml einer 14 N ammoniakalischen Lösung neutralisiert und das durch Zentrifugation erhaltene Produkt bei 100ºC für 15 Stunden getrocknet.A chromium and nickel solution is prepared by mixing at ambient temperature 80 ml of a 1 M solution of Cr(NO3)3 9H2O and 80 ml of a 1 M solution of NiCl2 6H2O. This mixture is then neutralized with 50 ml of a 14 N ammoniacal solution and the product obtained by centrifugation is dried at 100°C for 15 hours.
Das erhaltene Pulver wird zu 0,4 g Graphit und 5,1 g einer wäßrigen, 12 %igen Polyvinylalkohollösung hinzugegeben, danach bei 100ºC getrocknet (15 Stunden) und in Substratform gebracht. Das erhaltene Produkt wird 4 Stunden lang bei 350ºC calciniert.The powder obtained is added to 0.4 g of graphite and 5.1 g of an aqueous 12% polyvinyl alcohol solution, then dried at 100°C (15 hours) and shaped into a substrate. The product obtained is calcined at 350°C for 4 hours.
Der Katalysator L hat folgende Eigenschaften:The catalyst L has the following properties:
Ni/Cr-Atomverhältnis = 0,95Ni/Cr atomic ratio = 0.95
spezifische Oberfläche (BET) = 82,8 m²/gspecific surface area (BET) = 82.8 m²/g
Porenvolumen = 0,17 cm³/gPore volume = 0.17 cm³/g
In den folgenden Beispielen:In the following examples:
- sind die Prozentzahlen Molprozente;- the percentages are mole percent;
- ist der verwendete Fluorwasserstoff ein handelsübliches Produkt, das nur Spuren von Wasser enthält;- the hydrogen fluoride used is a commercially available product containing only traces of water;
- ist das Ausgangsprodukt 1-Chior-2,2,2-trifluorethan (F 133a) ein Produkt mit einer Reinheit von 99,9 %;- the starting product 1-chloro-2,2,2-trifluoroethane (F 133a) is a product with a purity of 99.9%;
- ist der verwendete Reaktor eine 250 ml Inconel-Röhre, die mittels eines Fließbades aus Aluminiumoxid geheizt wird.- the reactor used is a 250 ml Inconel tube heated by means of an alumina flow bath.
Die Aktivierung des Katalysators mit HF wird in diesen Reaktor mit einer 100 ml Probe durchgeführt. Nach dreistundigem Trocknen unter Stickstoff (5 l/h) bei 250ºC wird der Fluorwasserstoff schrittweise bei dieser gleichen Temperatur dem Stickstoff für eine Dauer von 5 Stunden hinzugegeben (2 Mol HF werden über 5 Stunden hinzugegeben). Nach dem Durchlaufen der exothermen Peaks wird der HF- Durchsatz erhöht bis man 1 Mol/h erreicht, dann wird die Temperatur auf 350ºC erhöht. Man beobachtet unter diesen Bedingungen eine Temperaturstufe für 8 Stunden.The activation of the catalyst with HF is carried out in this reactor with a 100 ml sample. After drying under nitrogen (5 l/h) at 250ºC for 3 hours, the hydrogen fluoride is gradually added to the nitrogen at this same temperature for a period of 5 hours (2 moles of HF are added over 5 hours). After passing through the exothermic peaks, the HF flow rate is increased until 1 mole/h is reached, then the temperature is raised to 350ºC. A temperature gradient is observed under these conditions for 8 hours.
Die Reagenzien werden nach ihrem Einbringen in den Reaktor gemischt und auf die Reaktionstemperatur in einer Vorheizvorrichtung aus Inconel erhitzt.After being introduced into the reactor, the reagents are mixed and heated to the reaction temperature in an Inconel preheater.
Nach dem Waschen mit Wasser - um die Wasserstoffsäuren zu entfernen - und der Trocknung über CaCl&sub2; werden die Reaktionsprodukte nacheinander durch Gaschromatographie analysiert.After washing with water - to remove the hydrogen acids - and drying over CaCl2, the reaction products are analyzed one by one by gas chromatography.
Man führt die Fluorierungstests mit F 133a unter atmosphärischem Druck unter Abwesenheit von Sauerstoff mit den Katalysatoren A, D und F durch, die gemäß den zuvor beschriebenen Verfahren aktiviert wurden. Die Ergebnisse der Fluorierung sind in Tabelle 1 angegeben.The fluorination tests are carried out with F 133a at atmospheric pressure in the absence of oxygen using catalysts A, D and F activated according to the procedures described previously. The fluorination results are given in Table 1.
Man beobachtet, daß die Aktivität des Katalysators F (nur Chrom) viel schneller abfällt als die der Katalysatoren A und D (Nickel-Chrom) und daß die Selektivitäten auch weniger gut sind. TABELLE 1 Katalysator Beispiel Vergleichsbeispiel Katalysatoralter (Stunden) Molverhältnis Kontaktzeiten Temperatur (ºC) Umwandlungsgrad von Selektivität It is observed that the activity of catalyst F (chromium only) decreases much faster than that of catalysts A and D (nickel-chromium) and that the selectivities are also less good. TABLE 1 Catalyst Example Comparative Example Catalyst Age (hours) Molar Ratio Contact Times Temperature (ºC) Conversion Degree of Selectivity
Man führt Fluorierungstests mit F 133a unter einem absoluten Druck von 1,5 MPa in Gegenwart von Sauerstoff durch Einleiten von Luft mit den Katalysatoren E und G durch, die gemäß dem zuvor beschriebenen Verfahren aktiviert wurden. Die Ergebnisse der Fluorierung sind in der Tabelle 2 angegeben. TABELLE 2 Katalysator Beispiel Vergleichsbeispiel Katalysatoralter (Stunden) Molverhältnis Kontaktzeiten Temperatur (ºC) Umwandlungsgrad von Selektivität Fluorination tests are carried out on F 133a under an absolute pressure of 1.5 MPa in the presence of oxygen by bubbling air with catalysts E and G activated according to the procedure described above. The fluorination results are given in Table 2. TABLE 2 Catalyst Example Comparative Example Catalyst Age (hours) Molar Ratio Contact Times Temperature (ºC) Conversion Degree of Selectivity
Wie zuvor gesagt, ergibt der Katalysator E (Ni-Cr) (Beispiel 16) eine stabilere Aktivität und eine bessere Selektivität als der Katalysator G ohne Nickel (Beispiel 17).As previously stated, catalyst E (Ni-Cr) (Example 16) gives a more stable activity and a better selectivity than catalyst G without nickel (Example 17).
Diese in der folgenden Tabelle 3 angegebenen Beispiele wurden mit den Katalysatoren C und H ohne Kieselsäure durchgeführt und erlauben einen Vergleich der Ergebnisse der Fluorierung von F 133a unter atmosphärischem Druck in Abwesenheit von Sauerstoff.These examples, given in Table 3 below, were carried out with catalysts C and H without silica and allow a comparison of the results of the fluorination of F 133a under atmospheric pressure in the absence of oxygen.
Nach 548 Stunden Einsatz wird der Katalysator C aus Beispiel 19 einer Regeneration durch Behandlung mit Luft (1 Mol/h) bei 300ºC 24 Stunden lang unterzogen. Der so regenerierte Katalysator C wird anschließend für die Versuche des Beispiels 20 verwendet.After 548 hours of use, the catalyst C from Example 19 is subjected to regeneration by treatment with air (1 mol/h) at 300ºC for 24 hours. The catalyst C thus regenerated is subsequently used for the tests of Example 20.
Die Untersuchung der Ergebnisse erlaubt es, die Auswirkung von Nickel auf die Aktivität des Katalysators trotz der Abwesenheit von Kieselsäure zu bewerten.The study of the results allows to evaluate the effect of nickel on the activity of the catalyst despite the absence of silica.
Man beobachtet darüber hinaus, daß der regenerierte Katalysator C (Beispiel 20) eine mit dem Katalysator C am Anfang des Versuchs vergleichbare Aktivität hat. TABELLE 3 Katalysator Vergleichsbeispiel Beispiel regeneriert Katalysatoralter (Stunden) Molverhältnis Kontaktzeiten Temperatur (ºC) Umwandlungsgrad von Selektivität (*) Nach RegenerationIt is also observed that the regenerated catalyst C (Example 20) has an activity comparable to that of catalyst C at the beginning of the experiment. TABLE 3 Catalyst Comparative Example Example regenerated Catalyst age (hours) Molar ratio Contact times Temperature (ºC) Conversion rate of Selectivity (*) After regeneration
Dieses in der folgenden Tabelle 4 angegebene Beispiel wurde bei atmosphärischem Druck in Abwesenheit von Sauerstoff mit den Katalysatoren I und J durchgeführt, die ausgehend von dem auf 80 bzw. 40 ºC erhitzten Sol hergestellt wurden. TABELLE 4 Katalysator J (Vergleich) Katalysatoralter (Stunden) Molverhältnis Kontaktzeiten Temperatur (ºC) Umwandlungsgrad von SelektivitätThis example, given in Table 4 below, was carried out at atmospheric pressure in the absence of oxygen using catalysts I and J prepared from the sol heated to 80 and 40 ºC respectively. TABLE 4 Catalyst J (comparative) Catalyst age (hours) Molar ratio Contact times Temperature (ºC) Conversion rate of Selectivity
Die Untersuchung der Ergebnisse erlaubt eine Bewertung des Einflusses der Herstellungstemperatur des Chrom- und Nickelsols auf die Aktivität des Katalysators.The study of the results allows an evaluation of the influence of the preparation temperature of the chromium and nickel sol on the activity of the catalyst.
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